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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Antriebseinheit für die Bewegung von Maschinenteilen zum Schließen einer Blasform an Blasformmaschinen und zum Aufbau eines Schließdrucks mit einem Antrieb, der wenigstens ein Maschinenteil über einen im wesentlichen linearen Bewegungsweg zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung der Blasform bewegt, und mit einer Druckmesseinrichtung, die ein Signal zur Steuerung des Antriebs erzeugt.
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Die Druckmesseinrichtung besteht beim Stand der Technik aus Dehnmessstreifen (DMS) oder ist nach dem Piezo-Prinzip aufgebaut. Wesentlich ist dabei, dass eine Längenänderung in Bewegungsweg so gering wie möglich ist, um die Positionierung der Blasform genau steuern zu können. Als Antriebe dienen häufig elektrische Linearantriebe, beispielsweise Gewindespindel-Linearantriebe wie Kugel- oder Rollengewindetriebe. Diese können bei geringerem Aufwand als hydraulische Antriebe schnell und sehr genau die notwendigen Bewegungen ausführen und eine sichere Positionierung vornehmen. Sie sind allerdings, wenn sie im Dauerbetrieb höhere Kräfte aufbringen müssen, verschleißanfällig.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinheit der eingangs erwähnt Art zu schaffen, die weniger verschleißanfällig ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass ein bei der Bewegung in die Schließstellung ein den Schließdruck übertragendes elastisches Element (20) mit einer erheblichen Längenänderung (2) im Bewegungsweg (1) angeordnet ist.
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Durch die Erfindung wird also der Antriebsstrang zwischen dem Antrieb und der Blasform bewusst “weich“ gemacht, was im eklatanten Gegensatz zu den Bestrebungen des Standes der Technik steht. Dort soll möglichst keine, auf jeden Fall aber nur eine unerhebliche Längenänderung im Bewegungsweg auftreten. Zwar kann man mit den meisten Antrieben, so auch mit elektrischen Linearantrieben, außerordentlich genau positionieren, aber im Dauerbetrieb mit zahllosen Arbeitszyklen stoppt der Antrieb beim Schließen der Form stets exakt an der gleichen Stelle und übt dort einen relativ hohen Schließdruck aus. Dies führt bei vielen Arten von Antrieben, insbesondere bei Wälzkörper enthaltenden elektrischen Linearantrieben, zu Beschädigungen im Dauerbetrieb durch Hertzsche Pressungen und setzt die Lebensdauer der Antriebe herab.
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Durch die Einschaltung des elastischen Elementes, dass gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Weg zwischen 2 und 20 mm, besonders bevorzugt 5 bis 8 mm, insbesondere ca. 6 mm aufweist, kann durch Variation des Druckes, bei dem die Steuerung eine Abschaltung des Antriebs vornimmt, die Position des Antriebs in Schließstellung der Blasform um einige Millimeter geändert werden. Dabei liegt der Schließdruck aber immer noch sicher über dem minimal erforderlichen Schließdruck für den Betrieb der Blasform. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis in der Spindel eines Linearantriebes sind das an der Spindel schon Zentimeter, so dass die Wälzkörper bzw. eine Spindelmutter des Antriebs an unterschiedlichen Stellen den Schließdruck ausüben und während des Arbeitszyklus der Blasformmaschine halten muss. Dadurch wird vermieden, dass die Druckbelastungen stets an der gleichen Stelle erfolgen, was sonst insbesondere bei Wälzkörpern zu Dauerschäden an diesen und ihren Laufflächen führen kann. Somit kann durch die Erfindung mittels einer Variation des tatsächlich ausgeübten Schließdrucks, die bequem manuell oder durch die Maschinensteuerung automatisch vorgenommen werden kann, die Lebensdauer eines Antriebs vervielfacht werden. Die Erfindung des besonders vorteilhaft in Verbindung mit Wälzkörpern enthaltenden Linearantrieben, hat jedoch auch bei anderen Formschließantrieben Vorteile.
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Das elastische Element kann zwischen dem blasformseitigen Stößel bzw. der Spindel des Antriebs und einem die Blasform tragenden Maschinenteil eingeschaltet sein und bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Packung von Tellerfedern enthalten. Diese haben einen Federweg, der bei einer zwar erheblichen, jedoch nicht zu großen Längenänderung und geringen Abmessungen große Federkräfte ermöglicht. Wenn diese Kräfte, die abhängig von 5Größe und Art der Blasform eine Größenordnung von 10 t (10 N) überschreiten können, die von einer mechanischen Federeinrichtung bequem zu bewältigen ist, ist es möglich, eine Hydraulik-Einrichtung zu verwenden, die eine Hydraulikkammer aufweist, die mit einem Raum mit hohem Gasdruck, beispielsweise Stickstoff, in Verbindung steht. Hier kann durch entsprechende Größe der wirksamen Kolbenfläche und/oder des Gasdrucks bzw. mittels eines Druckwandler fast jede Charakteristik eingestellt und ggf. auch während des Betriebs, geändert werden. Ein Wegaufnehmer für das Zusammendrücken des elastischen Elementes kann die Signale für die Steuerung der Blasform-Schließung erzeugen. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass das elastische Element durch einen einfachen Wegaufnehmer auch gleichzeitig zur Messung des Schließdruckes verwendet werden kann. Es wäre jedoch auch möglich, die Druckmessung an anderer Stelle im Bewegungsweg und mit an sich bekannten Mitteln (DMS o.dgl.) vorzunehmen.
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Ein Verfahren zum Schließen und Einrichten einer Blasform ist in den Ansprüchen 8 und 9 definiert und wird im folgenden näher erläutert.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Antriebseinheit für die Bewegung von Maschinenteilen zum Schließen einer Blasform an Blasformmaschinen und zum Aufbau eines Schließdrucks vorgeschlagen, die einen Antrieb aufweist, der Formträger für die Blasform über einen im wesentlichen linearen Bewegungsweg zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung der Blasform bewegt und während des Blasvorganges einen Schließdruck aufrecht erhält. Eine Druckmesseinrichtung erzeugt ein Signal zur Steuerung des Antriebs. Bei der Bewegung in die Schließstellung ist ein den Schließdruck übertragendes elastisches Element mit einer erheblichen Längenänderung im Bewegungsweg angeordnet. Das elastische Element kann ein mechanisches Federpaket, beispielsweise mit einem Tellerfeder-Paket oder vorzugsweise auch eine Hydraulikkammer sein, die mit einer Druckkammer mit hohem Gastdruck verbunden ist. Eine Abschaltung des Linearantriebs im Schließzustand der Form kann in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Schließdruck oder direkt von der Position des Linearantriebs aus erfolgen. Wird nun der Schließdruck und/oder die davon abhängige Längenänderung des elastischen Elementes variiert, so ändert sich auch die Ausfahr-Position des Linearantriebs im Schließzustand der Form, so dass der Linearantrieb an unterschiedlichen Stellen mit der hohen Schließkraft belastet wird.
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Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel des Antriebs nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 die Blasform und ihren Antrieb tragende Maschinenteile einer Blasformmaschine,
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2 ein elastisches Element mit Tellerfedern und Wegaufnehmer und
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3 ein elastisches Element mit einer Hydraulikkammer und den zugehörigen Wegaufnehmer.
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Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine nicht dargestellte Blasform und ihren Schließantrieb aufweisende Maschinenteile einer Blasformmaschine. Am Maschinengestell 11 ist über eine Gleitlagerung 12 und eine Verbindungsstange 14 ein hinterer Formträger 13 und ein Antriebsträger 15 gelagert. Auf dem Antriebsträger 15 sitzt ein Antrieb 17. Es handelt sich um einen elektrischen Linearantrieb mit einem Elektromotor 18 und einer Spindel 19, die mit Hilfe einer ggf. mit Rollen, Kugeln, Planetenrädern etc. versehenen Mutter Linear über den Bewegungsweg 1 mit großer Kraft und Positionierungs-Präzision verschoben werden kann. Die Spindel 19 bzw. ihre Verlängerung ist in dem Antriebsträger geführt und ragt durch diesen hindurch.
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Unter Zwischenschaltung eines elastischen Elementes 20, das im folgenden anhand der 2 und 3 noch erläutert wird, wirkt sie auf einen vorderen Formträger 21 ein. Das elastische Element (20) hat bei Druckaufbringung eine erhebliche Längenänderung (2), die die in jedem Falle über einen mm, besser zwischen 2 und 20 mm betragen kann, vorzugsweise aber zwischen fünf und 8 mm, mit besonderer Bevorzugung auf ca. 6 mm, beträgt. Die Formträger 13, 21 tragen zwischen sich die hier nicht dargestellte Blasform. Ihre gegenseitige Bewegung ist durch ein Synchronisationszahnrad 22 sichergestellt, das um eine am Maschinengestell angebrachte Achse 16 frei beweglich ist und in Zahnstangen 23, 24 eingreift, die an den Formträgern 13, 21 befestigt sind. Diese Anordnung sorgt für eine gegenläufig synchrone Bewegung der Blasformhälften, aus denen die Blasform besteht, aufeinander zu und voneinander weg.
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2 zeigt ein elastisches Element 20, das einen Basisflansch 25, eine daran befestigte Führungsachse 26 und eine Druckscheibe 27 aufweist, die auf der Führungsachse 26 über den Federweg 2 linear gleiten kann. Sie ist durch Muttern 28 in einer vorgespannten Position in einer Richtung blockiert und über ein Rohrstück 29 mit einem Druckflansch 30 verbunden. Auf der Führungsachse 26 sind mehrere Pakete von Tellerfedern 31 aufgereiht und zwischen dem Basisflansch 25 und der Druckscheibe 27 vorgespannt. Durch ineinandergreifende Hülsen 32 sind die Tellerfederpakete 31 gegen Verschmutzung abgeschirmt. Auf der Druckscheibe 27 ist ein Wegaufnehmer 33 angebracht, dessen Messstab 34 mit dem Basisflansch in Verbindung steht. Der Wegaufnehmer misst also die jeweilige Position von Basisflansch 25 zu Druckscheibe 27 und damit die Zusammendrückung, also den Federweg (2) des elastischen Elementes 20 und setzt dies in ein Signal um, das der nicht dargestellten Maschinensteuerung zugeführt wird und unter anderem auch in Abhängigkeit davon den Schließvorgang steuert. Der Basisflansch 25 ist am Formträger 21 und der Druckflansch 30 mit der Spindel 19 fest verbunden.
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3 zeigt ein elastisches Element 20 auf Hydraulikbasis. Der Basisflansch 25 ist als Hydraulikzylinder 35 ausgebildet und an der Druckscheibe 27 ist ein Hydraulikkolben 33 angebracht, der in dem Hydraulikzylinder 35 läuft. Die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Hydraulikkammer 37 zwischen Hydraulikzylinder 35 und Kolben 36 steht über einen Kanal 38 und einen Anschluss 39 im Basisflansch mit einer nur schematisch angedeuteten Druckkammer 40 in Verbindung, in dem sich ein Gas, vorzugsweise Stickstoff, unter sehr hohem Druck von bis zu mehreren 100 bar befindet. Diese Gasblase sorgt für die Elastizität in dem hydraulischen System und kann durch Änderung des Gasdrucks leicht beeinflusst werden, ggf auch während des Schließvorgangs. Auch die Einschaltung eines hydraulischen Druckwandlers ist möglich. Ein Wegaufnehmer 33 ist wie in 2 zwischen Basisflansch 25 und Druckscheibe 27 eingeschaltet. Die Hydraulikkammer 37 kann auch bis auf die Verbindung 38, 39 zur Druckkammer 40 geschlossen sein, also beispielsweise aus einem hohlen Stahlblock bestehen, von dem mindestens eine Wandung unter dem sehr hohem Druck in der Kammer elastisch nachgibt. Statt die Zusammendrückung des elastischen Elementes direkt an diesem zu messen, kann auch eine indirekte Messung verwendet werden, indem z.B. die mit großer Genauigkeit bekannte jeweilige Position der Spindel des Linearantriebs und die nach dem Einrichten der Form bekannte Position des Formträgers 21 in Relation gesetzt werden. Diese Daten können unter Berücksichtigung der eventuell nichtlinearen Charakteristik des elastischen Elementes die Druckwerte wiedergeben.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat folgende Merkmale: zum Einrichten einer Blasform auf einer Blasformmaschine werden die Formhälften an den Formträgern 13, 21 befestigt und die Blasform durch Betätigung des Antriebs 17 geschlossen, und zwar mit einer Kraft, die weit unterhalb der für den Mindest-Schließdruck beim Betrieb der Blasform nötigen Kraft liegt, beispielsweise bei 10–20 % davon. Die Formhälften werden dabei ohne Einführung des für den Blasvorgang nötigen auf Erweichungstemperatur erhitzten thermoplastischen Schlauch, der normalerweise von einem oberhalb der Blasform liegenden Extruder kommt, geschlossen. Dadurch wird einerseits die Schließ-Position im Schließzustand bestimmt und andererseits vermieden, dass irgendwelche Hindernisse Schaden an der Form machen können. Der jeweilige Druckwert für die Schließkraft wird aus den Signalen des Wegaufnehmers von der Maschinensteuerung errechnet und von dieser als jeweilige Begrenzung des Schließdruckes an den Antrieb gemeldet. Dabei wird das elastische Element, das auf einen Wert unterhalb des Mindest-Schließdruckes vorgespannt ist, um eine entsprechende Längenänderung 2 zusammengedrückt. Bei diesem ersten Schließvorgang wird außerdem die genaue Zentrierung der Formhälften unter dem Extruder durch entsprechende Einstelleinrichtungen an der Blasformmaschine eingestellt, was besonders dann wichtig ist, wenn am Extruder ein Blasdorn vorgesehen ist, der in eine Öffnung des herzustellenden Gegenstandes, zum Beispiel eines Flaschenhalses, eindringt und dessen Innenform bestimmt.
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Beim darauffolgenden Schließvorgang und weiteren manuell oder automatisch ausgeführten Zyklen wird der Schließdruck stufenweise bis zur maximal gewünschten Schließkraft erhöht, jetzt jedoch mit eingeführtem thermoplastischem Schlauch. Im Gegensatz zu Spritzgussmaschinen muss bei Blasformmaschinen schon während des Schließen der Form Arbeit geleistet werden, weil auf beiden Seiten der Form (oben und unten) der Schlauch abgequetscht werden muss, um beispielsweise einen Flaschenboden und einen Flaschenhals zu bilden, die dann durch den Blasvorgang vollends ausgeformt werden.
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Wenn die Blasformmaschine nach dem Einrichten der Blasform in Produktion geht, wird der durch die Position des Antriebs 17 und die Längenänderung des elastischen Elementes 20 bestimmte Schließdruck, gemessen durch die Zusammendrückung des elastischen Elementes 20 oder einer anderen Druckmesseinrichtung, so eingerichtet, dass er um einiges über dem Mindest-Schließdruck liegt, d.h. dem Schließdruck, der auf jeden Fall den auf die Formhälften ausgeübten Kräften durch die Blasluft etc. widersteht. Während der Produktion kann nun z.B. nach einer in der Steuerung festgelegt Anzahl von Produktionszyklen der von dem Antrieb 17 und der Längenänderung des elastischen Elementes 20 bestimmte Schließdruck variiert werden, beispielsweise mittels eines Zufalls-Programms. Der Schließdruck bleibt damit immer noch über dem Mindest-Schließdruck. Dadurch ändert sich aber der unter dem Schließdruck entstehende Federweg die Zusammendrückung des elastischen Elementes 20, also die dabei entstehende Längenänderung 2, und damit auch die Schließ-Position der Spindel des Antriebs 17 um einen Betrag, z.B. in Millimeter-Bereich. Wenn beispielsweise bei einer Änderung von +/–15 % eine Wegdifferenz an der Antriebsspindel einer Lineareinheit entsteht, dann entspricht das zum Beispiel bei einer Spindel mit 5 mm Steigung und einem Spindelumfang von 120 mm 30 % einer Spindelumdrehung, also 36 mm. Die Kugeln einer Kugelumlaufspindel kommen also bei jeder Variation des Schließdruckes an einer anderen Stelle der Spindel in die Schließposition, in der sie die höchste Kraft während des Blasform-Vorgangs übertragen müssen. Ohne die Erfindung würden die Kugeln über die gesamte Produktionszeit immer an der gleichen Stelle der Spindel den hohen Schließdruck übertragen und sich so im Laufe der Zeit in die Spindeloberfläche durch Entstehen Hertzscher Pressungen einarbeiten. Vorteilhaft ist es auch, dass ein Liniearantrieb mit bedeutend geringeren Anforderungen an die Präzision der Positionierung verwendet werden kann und die Positionierung mittels selbsthemmender Spindel oder Bremse einfacher zu bewerkstelligen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bewegungsweg
- 2
- Längenänderung
- 11
- Maschinengestell
- 12
- Gleitlagerung
- 14
- Verbindungsstange
- 13
- hinterer Formträger
- 15
- Antriebsträger
- 16
- Achse
- 17
- Antrieb
- 18
- Elektromotor
- 19
- Spindel
- 20
- elastisches Element
- 21
- vorderer Formträger
- 22
- Synchronisationszahnrad
- 23, 24
- Zahnstangen
- 25
- Basisflansch
- 26
- Führungsachse
- 27
- Druckscheibe
- 28
- Muttern
- 29
- Rohrstück
- 30
- Druckflansch
- 31
- Tellerfeder-Pakete
- 32
- Hülsen
- 33
- Wegaufnehmer
- 34
- Messstab
- 35
- Hydraulikzylinder
- 36
- Hydraulikkolben
- 37
- Hydraulikkammer
- 38
- Kanal
- 39
- Anschluss
- 40
- Druckkammer
